重量級(jí)鎖
前文解釋了synchronized的實(shí)現(xiàn)和運(yùn)用，了解monitor的作用,，但是由于monitor監(jiān)視器鎖的操作是基于操作系統(tǒng)的底層Mutex Lock實(shí)現(xiàn)的,，對(duì)所要加鎖線程加上互斥鎖，但是加鎖時(shí)間相比其他指令就長(zhǎng)很多了,，因此將這種基于互斥鎖的加鎖機(jī)制成為重量級(jí)鎖,。
而在JDK1.6之后，對(duì)synchronized優(yōu)化,，根據(jù)不同情形出現(xiàn)了偏向鎖,、輕量鎖、對(duì)象鎖,，自旋鎖（或自適應(yīng)自旋鎖）等,，因此,，現(xiàn)在的synchronized可以說是一個(gè)幾種鎖過程的封裝,。
為了更好地解釋下面幾種鎖，這里需要描述一下synchronized的線程排隊(duì)和鎖標(biāo)志位
對(duì)象頭
了解Java虛擬機(jī)知道Java的對(duì)象是創(chuàng)建在堆上的,，指向堆的引用才放在棧上,，而在堆上創(chuàng)建的對(duì)象結(jié)構(gòu)大致是這樣的
其中對(duì)象頭就是用于保存對(duì)象的信息，包括哈希碼（HashCode）,、GC分代年齡,、鎖狀態(tài)標(biāo)志、線程持有的鎖,、偏向線程ID,、偏向時(shí)間戳等，在不同狀態(tài)的情況下,，對(duì)象頭內(nèi)容不同
這里我們主要關(guān)注的是鎖標(biāo)志位,，當(dāng)一個(gè)線程獲取對(duì)象并加鎖后，標(biāo)志位從01變?yōu)?0,，其他線程則處于排隊(duì)狀態(tài),。
圖中可以看出，當(dāng)存在調(diào)用對(duì)象被運(yùn)行的線程占用事,，請(qǐng)求線程會(huì)進(jìn)入排隊(duì)隊(duì)列,，還有wait之后notify的線程,。
自旋鎖（自適應(yīng)鎖）
由于線程阻塞后進(jìn)入排隊(duì)隊(duì)列和喚醒都需要CPU從用戶態(tài)轉(zhuǎn)為核心態(tài)，花費(fèi)時(shí)間較多,，尤其頻繁的阻塞和喚醒對(duì)CPU來說也是負(fù)荷很重的工作,，同時(shí)，統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)很多線程鎖定狀態(tài)只持續(xù)很短時(shí)間,，如果這時(shí)候其他線程進(jìn)入等待隊(duì)列之后再喚醒太費(fèi)時(shí)間了,，因此，出現(xiàn)了自旋鎖,。
自旋鎖,，由于線程阻塞和喚醒的代價(jià)比較大，對(duì)于等待的線程,，不先加到等待隊(duì)列中,，而是去執(zhí)行一個(gè)無意義的循環(huán)，一直到運(yùn)行的線程結(jié)束之后去競(jìng)爭(zhēng)鎖,。但是明顯自旋鎖使得synchronized的對(duì)象鎖方式在線程之間引入了不公平,，而且CPU在等待自旋鎖時(shí)不做任何有用的工作，僅僅是等待,，浪費(fèi)資源,，但是這樣可以保證大吞吐率和執(zhí)行效率。但是由于CPU的自旋消耗比較大,，因此自旋是有范圍的,，超過這個(gè)范圍就會(huì)進(jìn)入排隊(duì)隊(duì)列，即重量級(jí)鎖的機(jī)制
自適應(yīng)自旋鎖,，就是自旋的次數(shù)是通過JVM在運(yùn)行時(shí)收集的統(tǒng)計(jì)信息,，動(dòng)態(tài)調(diào)整自旋鎖的自旋次數(shù)上界。
輕量級(jí)鎖和偏向鎖
在某些情況下,，synchronized區(qū)域不存在競(jìng)爭(zhēng),，依然按照重量級(jí)鎖的方式運(yùn)行，會(huì)無端消耗資源,，因此JDK1.6之后,，加入了輕量鎖和偏向鎖。
不過,，需要注意的是輕量鎖或者偏向鎖不能代替重量級(jí)鎖的功能,，只是在無競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下，減少無端消耗,，如果出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng),，還是會(huì)轉(zhuǎn)換成重量級(jí)鎖。
輕量級(jí)鎖
在前面已經(jīng)描述了Java對(duì)象頭的結(jié)構(gòu),，對(duì)于除了鎖標(biāo)志位的部分,，被定義為Mark Word,，圖中可以發(fā)現(xiàn)，不同鎖狀態(tài)的Mark Word內(nèi)容是不同,，這也是對(duì)Mark Word的運(yùn)用,，這里主要講無鎖狀態(tài)和輕量級(jí)鎖狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。
加鎖
- 在運(yùn)行到同步塊的時(shí)候,，如果鎖標(biāo)志位為“01”狀態(tài),，是否偏向鎖為“0”（無鎖狀態(tài)），那么虛擬機(jī)當(dāng)前線程的棧幀中會(huì)建立一個(gè)名為鎖記錄（Lock Record）的空間,，用于存儲(chǔ)鎖對(duì)象目前的Mark Word的拷貝,，官方稱之為Displaced Mark Word。
- 拷貝對(duì)象頭中的Mark Word復(fù)制到鎖記錄中,，然后通過CAS操作嘗試將對(duì)象的Mark Word更新為指向Lock Record的指針,，將Lock record里的owner指針指向object mark word。CAS操作是用來保證多線程情況下操作原子性的方法,，即compare and set,，比較成功后再操作，這里就不詳細(xì)講了,。
- 如果更新成功,，那么線程獲取同步塊鎖并將對(duì)象頭的鎖標(biāo)志位改為00，操作如圖
- 如果失敗,，那么先檢查CAS操作是否成功,，如果成功，那么表示鎖已經(jīng)獲得,，直接執(zhí)行即可,，如果沒有，就說明有競(jìng)爭(zhēng),，那么就需要升級(jí)到重量級(jí)鎖。
整個(gè)流程可以由下圖表示
偏向鎖
偏向鎖是比輕量級(jí)鎖更輕量的鎖,，在無競(jìng)爭(zhēng)情況下,，使用輕量鎖還是需要CAS操作進(jìn)行信息交換等消耗一定資源，有的時(shí)候,，同步塊可能只被一個(gè)線程占用,，那么甚至不需要CAS交換信息，只要做標(biāo)志位即可,，偏向鎖就是這么做的,。
加鎖
- 當(dāng)同步塊的對(duì)象頭處于無鎖狀態(tài)時(shí)，把對(duì)象頭中的標(biāo)志位設(shè)為“01”,，即偏向模式,。同時(shí)使用CAS操作把獲取到這個(gè)鎖的線程的ID記錄在對(duì)象的Mark Word之中的偏向線程ID,，并將是否偏向鎖的狀態(tài)位置置為1。
- 操作成功后持有偏向鎖的線程以后每次進(jìn)入這個(gè)鎖相關(guān)的同步塊時(shí),，直接檢查ThreadId是否和自身線程Id一致,。
- 如果一致，那么表示線程已經(jīng)獲取了鎖,，那么直接執(zhí)行即可,，不需要加鎖。
- 如果不一致,，表示有其他的線程訪問同步塊了,，此時(shí)需要判斷對(duì)象頭狀態(tài)，如果此時(shí)處于無鎖狀態(tài),，那么就執(zhí)行最開始的操作,，將鎖轉(zhuǎn)移給該線程，如果仍然是偏向鎖狀態(tài),，那么轉(zhuǎn)變成輕量鎖,。
解鎖
- 線程不會(huì)主動(dòng)去釋放偏向鎖。偏向鎖的撤銷,，需要等待全局安全點(diǎn)（在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)上沒有字節(jié)碼正在執(zhí)行）,，它會(huì)首先暫停擁有偏向鎖的線程。
整個(gè)偏向鎖和升級(jí)輕量鎖的過程如圖
其他優(yōu)化
除了以上因?yàn)椴煌?jìng)爭(zhēng)狀態(tài)優(yōu)化的鎖,，還有一些因?yàn)樘厥鈶?yīng)用場(chǎng)景的優(yōu)化,。
鎖粗化
鎖粗化就是將多次連接在一起的加鎖、解鎖操作合并為一次,，將多個(gè)連續(xù)的鎖擴(kuò)展成一個(gè)范圍更大的鎖,。
StringBuffer str = new StringBuffer();
str.append("1")；
str.append("2");
str.append("3");
這里由于StringBuffer內(nèi)部是有鎖的,，在執(zhí)行append()的時(shí)候原來是需要加鎖解鎖三次的,，這里鎖的粗化將三個(gè)鎖合并成一個(gè)，最開始加鎖之后最后再解鎖,。
鎖消除
鎖消除就是虛擬機(jī)即時(shí)編譯器在運(yùn)行時(shí),，對(duì)一些代碼上要求同步，但是被檢測(cè)到不可能存在共享數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)的鎖進(jìn)行削除,，即對(duì)于代碼數(shù)據(jù)的逃逸分析,，如果數(shù)據(jù)無法逃逸并且私有的話，鎖其實(shí)是沒必要的,，可以消除,。
比如上面的StringBuffer變量，如果被放在有個(gè)私有函數(shù)中作為中間值，不被輸出,，那個(gè)根本不存在數(shù)據(jù)逃逸,，就不需要加鎖。
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